JP2018194621A - トナー付着量算出装置及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像担持体表面が経時変化した場合の像担持体表面の状態に依らずに、常に精度よくカラートナーを含むトナー付着量算出を行なえるトナー付着量算出装置を提供する。【解決手段】トナー付着量算出装置５１は、中間転写ベルト８等の像担持体の地肌部と、像担持体上に連続的に形成された付着量の異なるブラックトナーパターン及びカラートナーパターンと、の正反射光量と拡散反射光量を同時に検知し出力可能な光学センサ１０と、地肌部の拡散反射光出力と、ブラックトナーパターンの拡散反射光出力との差分値から像担持体の表面状態変化量を算出するＣＰＵ５３等の表面状態変化量算出手段と、ブラックとカラートナーのパターンの各正反射光出力、及びブラックとカラートナーのパターンの各拡散反射光出力からトナー付着量を算出するトナー付着量検知手段と、像担持体の表面状態変化量を、各拡散反射光出力から所定の割合だけ差し引くトナー付着量算出手段とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、トナー付着量算出装置及び画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置における像担持体（転写ベルト、中間転写ベルト又は感光体）上のトナー付着量算出方式では、像担持体表面上にトナーパターンを作成し、一発光二受光型の光学センサを用いて、トナーパターンに赤外光を照射し、正反射光及び拡散反射光を同時に検知する手段を用いるのが一般的である。像担持体表面はトナー入力や紙粉、印刷モード、使用環境など様々な外乱を受け経時的に変化し、トナー付着量算出精度が低下する場合がある。
そのため、上記光学センサによって像担持体表面の地肌部（トナーパターンが無い状態の感光体、転写ベルト等ではトナーパターンが形成される領域以外の作像領域）を照射し、得られたセンサ出力（正反射光量、拡散反射光量）から像担持体表面の経時変化度合いを概算し照射光量を調整することで、像担持体表面の経時変化による影響を低減する技術が既に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、トナー等の粉体の付着量検知において、付着量全域に亘って常に安定した正確な付着量検知を行うことができる正反射光出力変換方法、拡散反射光出力変換方法等、これらの方法を実施可能な画像形成装置の提供を目的として、この目的を達成する具体的な手段が開示されている。即ち、正反射光に含まれる拡散反射光を差し引き、純粋な正反射光成分と純粋な拡散反射成分を用いて精度よくトナー付着量を算出している。

特許文献１を含む今までのトナー付着量算出手段を用いた画像形成装置では、ブラックトナーの場合、正反射光量から付着量を算出するため上記技術により比較的安定したトナー付着量の算出が可能となることが知られている。
しかしながら、カラートナーの場合、その付着量算出には拡散反射光量も用いており、経時的に増大した像担持体表面からの拡散反射光量とカラートナーパターンからの拡散反射光量を分離できず、トナー付着量算出精度が低下する。つまり、経時による像担持体表面（地肌部）からの拡散反射光量・出力が変動することによって付着量に対するセンサ出力関係(感度)が変動した場合が十分考慮されておらず、これによる算出誤差が発生していたという問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、像担持体表面が経時変化した場合を含む像担持体表面の状態に依らずに、常に精度よくカラートナーを含むトナー付着量算出を行なえるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、像担持体の地肌部と、該像担持体上に連続的に形成された付着量の異なるブラックトナーパターン及びカラートナーパターンと、の正反射光量と拡散反射光量を同時に検知し出力可能な光学センサと、前記光学センサによりそれぞれ得られた前記地肌部の拡散反射光出力と、前記ブラックトナーパターンの拡散反射光出力との差分値から前記像担持体の表面状態変化量を算出する表面状態変化量算出手段と、前記ブラックトナーパターンと前記カラートナーパターンの各前記正反射光出力、及び前記ブラックトナーパターンと前記カラートナーパターンの各前記拡散反射光出力からトナー付着量を算出するトナー付着量検知手段と、前記像担持体の表面状態変化量を、前記各拡散反射光出力から所定の割合だけ差し引くトナー付着量算出手段と、を備えるトナー付着量算出装置にある。

本発明によれば、像担持体表面の状態に依らずに、常に精度よくトナー付着量算出を行なうことができる。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。 図１の画像形成装置で用いられる光学センサの構成図である。 図２の光学センサを用いて中間転写ベルト上のトナーパターンを検知する説明図である。 本発明が解決しようとする課題について説明する図である。 トナー付着量に対する中間転写ベルトの地肌部、トナー付着部のセンサ出力について説明する図である。 トナー付着量算出時における拡散反射光量補正手段について説明する図である。 実施例１等のトナー付着量算出装置のブロック図である。 印刷画像の中間調補正に用いられるディザパターンについて説明する図である。 ディザパターンへ光学センサの発光素子からの光を照射したときの拡散反射光を模式的に示した図である。 本発明の効果について説明する図である。

以下、図を参照して実施例を含む本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の実施形態等に亘り、同一の機能及び形状等を有する構成要素（部材や構成部品）等については、混同の虞がない限り一度説明した後では同一符号を付すことによりその説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の一例であるフルカラープリンタの概略を示す断面構成図である。図１のフルカラープリンタは、４連タンデム構成で中間転写体へ重ね転写した後、シート状記録媒体の一例である記録紙へ一括転写する４連タンデム型中間転写方式の画像形成装置である。以下、図１のフルカラープリンタの構成と共に動作の概要を説明する。

図１に示すように、フルカラープリンタの装置本体内の中央部には、広義の像担持体ないしは狭義の潜像担持体としての４つのドラム状の感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋが等間隔で並列に配設されている。なお、符号添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋは、各々イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色を示し、図の簡明化を図るため上記した感光体及び後述するトナーボトルのみに符号添え字Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋを付すこととする。
感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ周りの構成は、用いるトナーの色が異なるだけで基本的な構成は同じであるため、Ｙ用の感光体１Ｙ周りの構成を代表して説明する。

感光体１Ｙは、図中時計回り方向に駆動モータにより回転駆動される。感光体１Ｙの周囲には、静電写真プロセスに従い、下方に設けられた帯電手段としての帯電装置２、現像手段としての現像ローラ３を有する現像装置４、一次転写手段としての一次転写ローラ６、クリーニング装置７等の作像手段が順に配設されている。他の感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ周りの構成についても同様である。

感光体１Ｙ周りの現像装置４は、イエローのトナー及び磁性キャリアを含む二成分現像剤をその現像容器内に収容していると共に、現像剤担持体である現像ローラ３を備えている。現像ローラ３は、感光体１Ｙに対向して配置されている。現像ローラ３は、その外周部に設けられ、図中反時計回り方向に回転駆動される非磁性スリーブからなる現像スリーブと、この現像スリーブ内に固定して配置されたマグネットローラとを有する。

また、現像装置４は、現像容器内に、第１搬送スクリュー１９及び第２搬送スクリュー１８からなる２軸の搬送スクリューを備えている。この２本の第１搬送スクリュー１９及び第２搬送スクリュー１８によりＹ現像剤が現像装置４内を循環搬送される。
第２搬送スクリュー１８が設置された現像剤室では、第２搬送スクリュー１８によって搬送されるＹ現像剤の一部は、上記マグネットローラの発する磁力によって現像ローラ３の表面（上記現像スリーブの表面）に汲み上げられる。この汲み上げられたＹ現像剤は、現像ローラ３の表面と所定の間隙を保持するように配設されたドクターブレードによってその層厚が規制された後、感光体１Ｙと対向する現像領域まで搬送され、感光体１Ｙ上のＹ用の静電潜像にＹトナーが付着され、感光体１Ｙ上にＹトナー像が形成される。そして、現像によってＹトナーを消費したＹ現像剤は、現像ローラ３（上記現像スリーブ）の回転に伴って第２搬送スクリュー１８上に戻される。第２搬送スクリュー１８によって第２搬送スクリュー１８の現像剤室の端部まで搬送されたＹ現像剤は、連通口を経て第１搬送スクリュー１９の設置された現像剤室内に戻る。このようにして、Ｙ現像剤は現像装置４の現像容器内を循環搬送される。

また、第１搬送スクリュー１９側の現像剤室の下部に位置してトナー濃度センサ５が設けられている。トナー濃度センサ５としては、例えば現像容器内のトナー透磁率を測定するものが使用されており、Ｔセンサとも呼ばれる。
ここで、トナー濃度制御は、トナー濃度センサ５の出力値をトナー濃度の制御基準値と比較し、その差分に応じてトナー補給量を演算式から算出し、トナー補給装置を駆動することにより、トナー補給口を通じて現像容器中にトナーが補給される。

感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの上方には、水平方向に延びる転写面を有する広義の像担持体ないしは中間転写体としての中間転写ベルト８が配置されている。中間転写ベルト８は、複数の回転部材である、二次転写バックアップローラ１３、テンションローラ１４、駆動ローラ１５、補助ローラ１６に掛け回されて感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋとの対峙位置において同方向に移動可能に構成されている。中間転写ベルト８を挟んで二次転写バックアップローラ１３に対向して二次転写手段としての二次転写ローラ１２が配置されている。なお、中間転写ベルト８は、ベルトクリーニング装置によってクリーニングされる。

感光体１Ｙは、帯電ローラを有する帯電装置２により、その表面を一様に帯電された後、潜像形成手段ないしは露光手段としての光書込装置２０の光学系を介して照射されるレーザ光Ｌにより露光され、画像情報に対応した静電潜像が形成される。この際の画像情報は、画像形成装置の外部のコンピュータ、或いは画像形成装置内に装着されたＵＳＢメモリ等の記憶媒体から送信される。次いで、現像装置４内の現像ローラ３により現像装置４内のＹ現像剤は感光体１と対向する現像ニップ領域に搬送され、感光体１Ｙに形成された静電潜像にＹトナーを付着させることで顕像化される。
感光体１Ｙ上に形成されたＹトナー像は、中間転写ベルト８を挟んで感光体１Ｙとの間で一次転写ニップを形成している一次転写手段としての一次転写ローラ６によって、中間転写ベルト８の内周面にＹトナーとは逆極性の転写バイアスが印加されることで中間転写ベルト８上に一次転写される。中間転写ベルト８上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト８の移動に伴い、各色Ｍ、Ｃ、Ｋのトナー像が順に中間転写ベルト８上に転写されて色重ねが行われ、４色重ね合わせトナー像（以下、「４色トナー像」ともいう）が形成される。
転写後の感光体１Ｙ上に残留した不要なＹトナーはクリーニング装置７により除去され、不要なＹトナーを廃トナーボトルに貯留する。またクリーニング装置７と帯電装置２との間に適宜設けられる除電ランプにより、感光体１Ｙの電位が初期化され、次の作像工程に備えられる。これらの工程は他の感光体１Ｍ、１Ｃ、１Ｋでも同様に行なわれる。上記した工程を繰り返すことで連続して画像形成が行なわれる。

二次転写バックアップローラ１３は、中間転写ベルト８のループ外側に配設された二次転写ローラ１２との間に中間転写ベルト８を挟み込んで二次転写ニップ（中間転写ベルト８の転写面と二次転写ローラ１２の間）を形成している。中間転写ベルト８上の４色トナー像は、二次転写バイアスが印加される二次転写ローラ１２と二次転写バックアップローラ１３との間に形成される二次転写電界や、ニップ圧の影響により、二次転写ニップ部内で給送されてくる記録紙Ｐに一括して二次転写される。このようにフルカラー画像形成モードの場合では、記録紙Ｐの白色と相まって、フルカラートナー画像となる。単一色の画像形成モードの場合では、中間転写ベルト８に担持されている単一色のトナー像が記録紙Ｐに二次転写されて単一色のトナー画像となる。

２次転写ニップ部には、給紙部を構成している複数の給紙カセット３１、３２から選択的に記録紙Ｐが給送されるようになっている。給紙部は、記録紙Ｐが積載収容される複数の給紙カセット３１、３２と、給紙カセット３１、３２にそれぞれ対応して配設され、収容された記録紙Ｐを最上のものから順に１枚ずつ分離して給紙する給紙コロ３１ａ、３２ａと、給紙路３３に配設された搬送ローラ対３４と、二次転写ニップ部の上流に位置するレジストローラ対３５等を備えている。
給紙カセット３１又は給紙カセット３２から選択的に給紙された記録紙Ｐは、レジストローラ対３５で一旦停止され、斜めずれ等を修正された後、中間転写ベルト８上のトナー像の先端と搬送方向先端部の所定位置とが一致するタイイングでレジストローラ対３５により２次転写ニップ部に送られる。

上述のように二次転写された記録紙Ｐは定着装置６０へ送られ、ここで熱と圧力により未定着トナー画像を定着される。二次転写後の中間転写ベルト８上の残留トナーは、ベルトクリーニング装置により除去される。

定着装置６０を通過した記録紙Ｐは、定着装置６０の下流側に設けられた搬送路切り換え爪により、排紙トレイ６８に向けた搬送路と反転搬送路とに選択的に案内される。排紙トレイ６８に向けて搬送された場合には、排紙ローラ対６７により排紙トレイ６８上に排出され、スタックされる。反転搬送路へ案内された場合には反転装置６９により反転され、再度、レジストローラ対３５に向けて送られる。

図１中、中間転写ベルト８の上方には、Ｙトナー、Ｍトナー、Ｃトナー、Ｋトナーをそれぞれ収容する４つの現像剤（トナー）収容器であるトナーボトル９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋが配設されている。トナーボトル９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ、９Ｋ内の各色トナーは、トナー補給装置により、それぞれ、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ周りの現像装置４に供給される。

図２は、図１の画像形成装置（フルカラープリンタ）で用いられる光学センサの構成図である。図１、図２に示す光学センサ１０は、像担持体・中間転写体としての中間転写ベルト８の地肌部と、中間転写ベルト８上に連続的に形成された付着量の異なるブラックトナーパターン及びカラートナーパターンと、の正反射光と拡散反射光を同時に検知し出力可能な正反射光・拡散反射光検知型センサである。この光学センサ１０は、Ｐ／ＴＭセンサとも呼ばれる。
図２に示すように、光学センサ１０は、素子ホルダ１０−４内に、発光素子１０−１、正反射光受光素子１０−２及び拡散反射光受光素子１０−３を有している。光学センサ１０は、発光素子１０−１が例えばＬＥＤで構成され、正反射光受光素子１０−２及び拡散反射光受光素子１０−３が例えばＰＤ（フォトダイオード）又はＰＴｒ（フォトトランジスタ）で構成されている反射型センサである。

発光素子１０−１からの照射光は、中間転写ベルト８上で反射する。この正反射光は正反射光受光素子１０−２で検知され、拡散反射光は拡散反射光受光素子１０−３で検知される。
ブラックトナーパターンの濃度に対する正反射光受光素子１０−２の出力は、そのトナー量が増えるにつれて正反射光が減るので、正反射光受光素子１０−２を用いて濃度制御を行う。
一方、カラートナーパターンの濃度に対する拡散反射光受光素子１０−３の出力は、そのトナー量が増えるにつれて拡散反射光が増えるので、拡散反射光受光素子１０−３を用いて濃度制御を行う。

図３は、図２の光学センサを用いて中間転写ベルト上のトナーパターンを検知する説明図である。図１に示した画像形成装置においては、ある期間毎に感光体１の表面に原稿画像情報等に応じた画像データ以外の、予め設定されたパターンデータに応じて静電潜像の形成と現像とを行なってトナーパターンを作像・形成し、このトナーパターンを中間転写ベルト８上に転写し作像している。そして、中間転写ベルト８上に作像したトナーパターンの反射光量（濃度）を検知し、その結果に応じて作像条件を設定することにより、印刷画像の品質を高めている。

例えば、従来技術として上記特許文献１や特許第４５３３２６２号公報等で開示されているカラーレーザビームプリンタ等の画像形成装置でも、常に安定した画像濃度が得られるようにするために、像担持体である転写ベルトや中間転写ベルト上に、濃度検知用トナーパターンを作像している。

そして、そのトナーパターンの濃度を光学的検知手段としての正反射光・拡散反射光検知型センサ（本発明の光学センサ１０に相当）により検知し、その検知結果に基づいて現像ポテンシャルを変更（具体的には、ＬＤパワー、帯電バイアス、現像バイアス等の変更）するようになっている。
また、２成分現像方式の場合には、現像装置内のトナー濃度制御目標値を変更することにより最大目標付着量（目標ＩＤを得るための付着量）が狙いの値となるような画像濃度制御を行っている。

本発明は、上記したとおり、像担持体表面が経時変化した場合でも精度よくカラートナー付着量算出を行なえるようにすることを目的としている。一方、上記特許文献１の「発明が解決しようとする課題」にも記載されているように、カラー画像形成装置では画像濃度の変動が色味変動につながるために、画像濃度を安定させるべく、濃度検知用パターン（トナーパターン）の付着量を正確に検知し、濃度制御可能にすることも関連目的としている。
ここで安定させるべき画像濃度とは「出力画像の画像濃度」であるため、従来のモノクロ画像形成装置が感光体上で濃度検知を行っていたのに対し、カラー画像形成装置では、用紙に転写される直前の転写ベルトや中間転写ベルト上で行うことが望ましく、また、画像濃度制御の狙いは最大目標付着量が狙いの値となるように制御することであるため、高付着量域まで正確に検知できることが望ましい。

そこで、多色画像やフルカラー画像を印刷するのに多用されている中間転写ベルトにトナーパターンを形成する場合を、本発明の実施形態では以下代表して説明することとし、感光体にトナーパターンを形成する場合、或いは転写ベルト上にトナーパターンを形成する場合の例示は発明の原理として同様であるため適宜省略する。

図３に示すように、中間転写ベルト８上に階調性をもつトナーパターン５０を作像し、中間転写ベルト８が回転駆動されてベルト移動方向Ｘａに移動するのに伴い、光学センサ１０でトナーパターン５０を連続的に検知している。
なお、図３ではＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙの各色においてそれぞれ３つの階調性トナーパターン（以下、「トナーパターン」又は「階調パターン」ともいう）を作像しているが、作成する各色のトナーパターンの数はドラム状の感光体間ピッチに収まる数であれば３つに限る必要はない。何故ならば、作成する各色の階調パターンの全長がドラム状の感光体間ピッチより長くなると、他の色と重なってしまうことになる。そのため、書き込みの遅延を行い、他の色の階調パターンの作成を待ってから次の色の階調パターンの書き込みを開始しなくてはならなくなる。このような動作となった場合、全色の階調パターンを作成する時間が長くなってしまうことになり、調整動作にかかる時間が長くなるからである。
各色のトナーパターンは、ベルト移動方向Ｘａの上流側がトナーの付着量が多くなるように作像している。

上記特許文献１で詳しく開示されているように、従来の正反射型のセンサを用いてトナーパターンの反射光量を検知する場合、ブラック（黒色）トナーは低濃度から高濃度まで光を吸収するため、トナーパターンの反射光量検知の感度が高い。しかし、カラートナーは、高濃度になると検知する正反射光中に乱反射・拡散反射光が進入するため、正反射型のセンサでは検知感度が低下する。
後述する図５（ａ）に示すように、階調が増した場合、ブラックトナーは光を吸収するので、高濃度になるとセンサ出力が低下していく。一方、カラートナーは階調が増した場合、ある領域を境に拡散反射光が入射してしまうためセンサ出力が上昇し始める。

そこで、カラートナーの反射光量を検知する場合には、乱反射・拡散反射光は検知し、正反射光は検知しないように、拡散反射光検知型のセンサを用いることが知られている。例えば、特開平１１−０８４７６２号公報に開示されているように、拡散反射光検知型のセンサが受光する像担持体（感光体や中間転写ベルト）からの反射光量は、像担持体の地肌部においては小さく、拡散反射が増えるトナー付着部では大きくなる。このような拡散反射光検知型のセンサでは、感度調整手段として感光体や転写ベルトなどの像担持体の反射光量を測定し、その測定値が予め設定した目標値になるようにセンサの発光部からの出力を調整することにより、センサの温度特性、飛散トナーの付着によるセンサ受光面の汚れ、センサと被測定物との距離等による受光量ばらつきを補正することで感度が一定となるようにしている。

図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、本発明が解決しようとする課題について説明する図である。図４（ａ）は、印刷枚数、時間を横軸に、像担持体の地肌部反射光における拡散反射光成分の割合を縦軸に取ったグラフである。なお、図４（ｂ）、図４（ｃ）、後述する図１０の縦軸は反射光量で表示されているが、光学センサ１０の出力（電圧Ｖ）と同義である。
図４（ａ）に示すように、像担持体（感光体、転写ベルト、中間転写ベルト）は、クリーニングブレード、現像ローラ、現像剤、用紙などが接するため、印刷枚数が増えるにつれて経時的に、像担持体地肌部の表面状態が悪化し、反射光量における拡散反射成分が増加する。
そのため、図４（ｂ）に示すように、センサ発光部出力に対する地肌部拡散反射光量を、初期状態と経時状態で比較すると、経時で高くなることが分かる。また、高階調トナーの付着部は像担持体表面の影響を受けないため、像担持体表面の経時変化に関係なく反射光量は変わらない。

したがって、図２に示したような拡散反射光検知型センサを用いた場合は、カラートナー付着量に対する像担持体からの拡散反射光をとると、像担持体が新しくトナー付着量が少ないとき拡散反射光量は（ゼロに近い）小さな値を示す。一方、像担持体の表面が変化しカラートナー付着量が少ないとき、地肌部の拡散反射光量が増すので拡散反射光量が高くなる。また、トナー付着量が多いとき、像担持体の表面状態の影響を受けないため拡散反射光量は初期、経時で変わらない。即ちトナー付着量に対する反射光量の傾斜（感度）が経時的に変化することが分かる（図４（ｃ）参照）。

以上のプロセスから経時変化により像担持体の表面状態が悪化すると、正確なカラートナーの付着量を把握することができなくなり、これに伴い印刷のための作像条件を正確に定めることができず、印刷画像品質が悪化する。

図５（ａ）、図５（ｂ）は、図３に示した構成において初期、経時変化時の像担持体（中間転写ベルト８）上にトナーパターン５０を作像し、これを光学センサで検知したときの正反射光、拡散反射光センサ出力（Ｖ）をそれぞれ示したものである。図５（ａ）において、各色トナーパターンの右側にいくほどトナー付着量（ｍｇ／ｃｍ^２）が多くなることを示している。
中間転写ベルト８の地肌部（一般的にトナーパターンが乗っていない作像領域を指す）、トナーパターン部を明確にするため、同一図中にトナーパターン部を分けて図示している。
なお、図５（ａ）、図５（ｂ）では、簡単のためＫ（ブラック）、Ｃ（シアン）の階調パターン及びＭ（マゼンタ）の低階調パターンのみを記載しているが、通常はＫ、Ｃ、Ｍ、Ｙ各色において同一階調、同一パターン数を作像する。また、上記したように、地肌部とは一般的にトナーパターンが乗っていない作像領域を指すが、通常のトナー像作像領域も含む。

前述の通り、像担持体（中間転写ベルト）の地肌部の正反射光量が所定の範囲に収まるようにセンサ発光部出力を調整しているため、地肌部の正反射光センサ出力が初期、経時で変化していないことが分かる（図５（ａ）参照）。

図５（ｂ）では、像担持体（中間転写ベルト）の表面状態が悪化し、地肌部の拡散反射光センサ出力が初期と比較して大きくなっていることが確認できる。これは、図４（ａ）、図４（ｂ）で示したように、経時で拡散反射成分が大きくなり、減少した正反射光量を所定の範囲内に維持するため（図５（ａ）参照）センサ発光部出力を増大させた結果である。

経時変化した像担持体（中間転写ベルト）の地肌部にブラックトナーパターンを作像したとき、そのトナーパターン上の拡散反射光量を検知すると、この値は小さく、初期の像担持体地肌部と同じ出力となることが知られている。これは、ブラックトナーだけで生じる現象であり、黒色に見えるとは光を吸収した結果であり、言い換えると反射光が返ってこないということであり、経時で悪化した地肌部をブラックトナーが完全に埋め、反射光を吸収したことによる。即ち、像担持体表面にブラックトナーパターンを作像することで、像担持体がいかなる状態（経時状態）であった場合でも初期の拡散反射光センサ出力を算出することができる（厳密には近似で算出できる）と言える。

（実施例１）
以上説明したことを踏まえ、実施例１では、以下のように式（１）〜式（３）を導入し、像担持体の状態に依らず最適なトナー付着量を算出することを可能とした。以下の式（１）〜式（３）で用いている記号（略号）の意味は、以下の通りである。
Ｖｓｇ・・・中間転写ベルト８の地肌部の出力電圧
Ｖｓｐ・・・各トナーパターン部の出力電圧
_ｒｅｇ・・・正反射光出力（Regular Reflectionの略）
_ｄｉｆ・・・拡散反射光出力（Diffuse Reflectionの略、ＪＩＳＺ８１０５ 色に関する用語参照）
[ｎ] ・・・要素数：ｎの配列変数
Ｖｓｐ_dif(Ｋ)・・・中間転写ベルト８のブラックトナーパターン部の拡散反射光出力

Δ＝Ｖｓｇ_ｄｉｆ−Ｖｓｐ_dif(Ｋ)・・・・・・・式（１）
式（１）において、中間転写ベルト８の地肌部の拡散反射光出力（Ｖｓｇ_ｄｉｆ）と、中間転写ベルト８のブラックトナーパターン部の拡散反射光出力（Ｖｓｐ_dif(Ｋ)）の差分値を中間転写ベルト８（像担持体）の劣化度合いと定義する。
実施例１では、上記特許文献１と相違する点を中心に説明する。実施例１では、上記特許文献１で開示された粉体付着量変換方法（付着量変換アルゴリズム）に相当するトナー付着量算出手段に、上記劣化度合いの値に応じた補正を加えることで、像担持体の表面状態に依らず最適なトナー付着量を算出することを可能とした。

α２[n]＝１−Ｖｓｐ_dif／ＭＡＸ（Ｖｓｐ_dif[n]）・・・・・・・・・式（２）
α＝ｍｉｎ(ΔＶｓｐ_reg[n]/(ΔＶｓｐ_dif[n]-Δ*α２[n]))・・・・・式（３）
式（１）で定義した差分値Δ（中間転写ベルト８の劣化度合い）を基に、式（２）より算出した修正項α２を式（３）で定義される係数αの算出に用いることで常に最適な付着量が得られる。
式（２）、式（３）において、係数αは正反射光出力の成分分解を行う際（上記特許文献１の段落[００６６]に記載され、データサンプリング：ΔＶｓｐ、ΔＶｓｇを算出するＳＴＥＰ１参照）に、拡散反射光出力に乗ずる補正項である。ΔＶｓｐ_reg[n]、ΔＶｓｐ_dif[n]はそれぞれ正反射光出力増分、拡散反射光出力増分と定義され、係数αはこの比の最小値となる（図６参照）。

図６に示すように、上記特許文献１で開示された粉体付着量変換方法に相当するトナー付着量算出手段に、実施例１では中間転写ベルト８（像担持体）の劣化度合いの値に応じた補正を加えることで、像担持体の表面状態に依らず最適なトナー付着量を算出することが可能となった。

上記特許文献１で開示された従来検知方式では、正反射光に含まれる拡散反射光を差し引き、純粋な正反射光成分と純粋な拡散反射成分を用いて精度よくトナー付着量を算出している。しかし、経時の地肌部出力が変動することにより付着量に対するセンサ出力関係(感度（図４（ｃ）参照)が変動した場合が十分考慮されておらず、これによる算出誤差が発生していた。実施例１では、この問題点を解消する手段として新たに像担持体の劣化度合いを定義し、付着量変換アルゴリズム（拡散光出力を付着量値に変換）を実行するトナー付着量算出手段を改良したものである。

図７は、実施例１等のトナー付着量算出装置のブロック図である。図７のトナー付着量算出装置５１は、光学センサ１０、Ａ／Ｄ変換器１１及び制御装置５２を有している。Ａ／Ｄ変換器１１は、光学センサ１０のアナログ信号をデジタル信号に変換する。
制御装置５２は、演算手段及び制御手段の機能を有するＣＰＵ５３と、情報記憶部とを備えている。情報記憶部は、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリを含むＲＯＭ５４、データを記憶するフラッシュメモリ等の不揮発性メモリや可変データを随時記憶するＲＡＭ５５、タイマ５６、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を有している。ＥＥＰＲＯＭは、装置の電源をオフしてもデータを保持しておくことのできる不揮発性メモリである。タイマ５６は、計時手段として機能する。なお、ＣＰＵ５３は、プロセスコントロールで通常用いられている印刷枚数カウンタの機能を有していてもよい。

制御装置５２は、広義には本発明に係る表面状態変化量算出手段、トナー付着量検知手段、トナー付着量算出手段の機能を有しているが、実質的にはＣＰＵ５３がそれらの手段の機能を発揮すべく作動する。
ＲＯＭ５４には、ＣＰＵ５３が実行する各種制御プログラム、参照する固定データや関係データ（例えば式（１）〜（５）、上記した図６）、データテーブル（後述する表１）、或いは初期設定値等が記憶されている。

ＣＰＵ５３は、Ａ／Ｄ変換器１１を介して送信されてくる光学センサ１０からの正反射光・拡散反射光等の出力信号に基づき、本発明に係る表面状態変化量算出手段、トナー付着量検知手段及びトナー付着量算出手段等の各機能を有している。
表面状態変化量算出手段は、像担持体である中間転写ベルト８の地肌部の拡散反射光出力と、ブラックトナーパターンの拡散反射光出力との差分値から中間転写ベルト８の表面状態変化量を算出する。

トナー付着量検知手段は、ブラックトナーパターンとカラートナーパターンの各正反射光出力、及びブラックトナーパターンとカラートナーパターンの各拡散反射光出力からトナー付着量を算出する機能を有する。
トナー付着量算出手段は、像担持体である中間転写ベルト８の表面状態変化量を、各拡散反射光出力から所定の割合だけ差し引く機能を有する。

また、トナー付着量算出装置５１からは、制御装置５２のＣＰＵ５３を介して、画像形成装置（フルカラープリンタ）の帯電バイアス、現像バイアス等の変更を行う駆動部５７に画像濃度制御信号が送信される。

以上説明したとおり、本実施形態及び実施例１によれば、像担持体表面が経時変化した場合を含む像担持体表面の状態に依らずに、常に精度よくカラートナーを含むトナー付着量算出を行なうことができる。

また、ブラックトナーパターンは、最大濃度あるいはそれに準ずる高画像濃度領域のブラックトナー像であることにより、像担持体表面をブラックトナーで覆うほど、像担持体表面からの拡散反射光を抑制し、初期の表面状態から得られる反射光量と同様の反射光量が得られ、これをもとに劣化具合を把握し、補正することでトナー付着量算出精度が向上する。ここで、最大濃度あるいはそれに準ずる高画像濃度領域とは、最大濃度（ベタ濃度）とすると、例えば９９％濃度のパターンを使用されることで無効化が可能であることを意味する。

（実施例２）
実施例２について説明する。実施例１の式（１）において、中間転写ベルト８の劣化度合いΔ≒0となるとき、即ち、地肌部の拡散反射光出力とブラックトナーパターン部の拡散反射光出力との差がないとき、ブラックトナーパターン部は経時変化がなく、経時変化する地肌の変化がないと判断できるので、中間転写ベルト８は初期状態と差異がないと判断することができる。そのため、前記実施例１に記載したα２を使用することなく適切な付着量を算出できる。そのためΔ≒0のとき次の式（４）を用いてよい。
α２＝0・・・・・・・（４）
上述のことを言い換えれば、トナー付着量算出手段は、中間転写ベルト８の劣化度合いΔ≒0となるとき、即ち表面状態変化量が所定の閾値以下であるとき、該表面状態変化量を適用しないと表現できる。

従って、実施例２によれば、中間転写ベルト８が初期状態に近い場合は、トナー付着量算出を実行しなくてもよい。

（実施例３）
実施例３について説明する。印刷動作を中断することなく画像濃度を維持する手段として、像担持体（中間転写ベルト）上の画像領域外にディザパターンを所定間隔で作像し、これを検知することで、予め設定した目標値に対する付着量のズレを算出し、作像バイアスやトナー濃度へフィードバックする技術が知られている。また、印刷画像の中間調安定化手段として面積階調を変化させた複数のディザパターン（例えば図８参照）を検知し得られたセンサ出力（トナー付着量）を基に調整を行う場合が多い。
ここで、アナログパターンとは作像電位を変化させて階調性を表現したものであり、ディザパターンとは作像電位はベタ相当であり、階調面積率を変化させることで階調性を表現したものである。ディザパターンは、上記した表面状態変化量算出手段のためのものであっても、高濃度(高階調面積率)のディザパターンを作像すれば実現可能であり、また、上記したトナー付着量検知手段でも実現可能であり、両者を指す。

図８には、６種類のディザパターン例Ｐ１〜Ｐ６が示されている。このようなディザパターン例は、最大濃度が得られる作像条件でトナー付着部の潜像を形成するため、パターンを構成するトナー付着部と像担持体の地肌部が明確に分離されている。そのため、経時劣化した像担持体上のディザパターンの拡散反射光を検知すると、像担持体の地肌部からの拡散反射光も検知してしまい付着量算出時に誤差が生まれ、結果として画質低下を招くことがある。

ちなみに、ディザパターンが例えば１２００ｄｐｉや６００ｄｐｉで作像されると、そのディザパターンの拡散反射光を検知する光学センサ１０の受光素子のスポット径が１ｍｍ程度であるため、光学センサ１０はディザのトナー部と地肌部の出力を平均的に鈍らせたような拡散反射光を検知することとなる。
調整で用いられるディザパターンは、色に依らず、図８で示したように予め決められた階調面積率を用いるため、像担持体の地肌部からの反射光量（反射光の種類（正反射光、拡散反射光）によらない）が占める割合を算出することができる。

図９（ａ）、図９（ｂ）は、それぞれ像担持体である中間転写ベルト８上に、図８に示したディザパターン例Ｐ２、Ｐ５を作像し、これらのディザパターンへ光学センサ１０の発光素子からの光を照射したときの拡散反射光を模式的に示した図である。図９（ａ）に示したディザパターン例Ｐ２は、階調面積率が２５％であり、７５％が地肌部である。即ち、前記式（１）の差分値Δの７５％が検知した拡散反射光量に含まれることになる。同様に図９（ｂ）に示したディザパターン例Ｐ５は、階調面積率が６２．５％であり、３７．５％が地肌部である。よって前記差分値Δの３７．５％が検知した拡散反射光量に含まれることになる。

そこで、実施例３では、階調面積率に応じて像担持体の地肌部からの拡散反射光成分を除去することで常に安定したディザパターン付着量検知が可能となる。ここで階調面積率をＸ[n]（＝０〜１）とすれば、下記の式（５）によりα２が算出可能であり、前述した式（３）をそのまま展開しαを算出することで、付着量算出手段が適用可能となる。
α２[n]＝１−Ｘ[n]・・・・・・・・・・式（５）
例として図８で示したディザパターン例Ｐ１〜Ｐ６のｎ、Ｘ［ｎ］、α２［ｎ］をまとめると表１となる。

実施例３によれば、アナログパターンだけでなくディザパターンのトナー付着量算出にも適用可能となる。また、任意の面積階調のディザパターンであっても精度よくトナー付着量算出が可能である。

図１０は、本発明の効果について説明する図である。図１０は、前述の式（２）より算出した修正項α２を式（３）で定義される係数αの算出式に適用した場合の光学センサ出力からトナー付着量を算出した結果である。図１０では、前述の図４（ｃ）と比較して、初期（図１０で破線で示す）と経時（図１０で実線で示す）とでトナー付着量に対する反射光量の傾斜(感度)に差が無いことが分かる。これにより像担持体の経時劣化による検知出力差を低減し、精度良くトナー付着量が算出できる。

以上説明したとおり、上述の実施形態、実施例１ないし３等には次の第１ないし第７の態様が実質的に記載されていたと言える。
第１の態様は、中間転写ベルト８などの像担持体の地肌部と、該像担持体上に連続的に形成された付着量の異なるブラックトナーパターン及びカラートナーパターンと、の正反射光量と拡散反射光量を同時に検知し出力可能な光学センサ１０などの正反射光・拡散反射光検知型センサである光学センサと、前記地肌部の拡散反射光出力と、前記ブラックトナーパターンの拡散反射光出力との差分値から像担持体の表面状態変化量を算出する制御装置５２のＣＰＵ５３などの表面状態変化量算出手段と、ブラックトナーパターンとカラートナーパターンの各正反射光出力、及びブラックトナーパターンとカラートナーパターンの各拡散反射光出力からトナー付着量を算出するＣＰＵ５３などのトナー付着量検知手段と、像担持体の表面状態変化量を、各拡散反射光出力から所定の割合だけ差し引くＣＰＵ５３などのトナー付着量算出手段と、を備えるトナー付着量算出装置５１である。

かかる第１の態様によれば、像担持体表面が経時変化した場合を含む像担持体表面の状態に依らずに、常に精度よくカラートナーを含むトナー付着量算出を行なうことができる。

第２の態様は、第１の態様において、トナー付着量算出手段は、表面状態変化量が所定の閾値以下であるとき、表面状態変化量を適用しない。
かかる第２の態様によれば、像担持体が初期に近い場合は表面状態変化量の算出を実行しなくてもよい。

第３の態様は、第１又は第２の態様において、ブラックトナーパターンとは、最大濃度あるいはそれに準ずる高画像濃度領域のブラックトナー像である。
かかる第３の態様によれば、像担持体の表面をブラックトナーで覆うほど、像担持体の表面からの拡散反射光を抑制し、初期の表面状態から得られる反射光量と同様の反射光量が得られ、これをもとに劣化具合を把握し、補正することでトナー付着量算出の精度が向上する。

第４の態様は、第１ないし３の何れか１つの態様において、ブラックトナーパターン及びカラートナーパターンに代えて、ディザパターンを用いる。
かかる第４の態様によれば、アナログパターンだけでなくディザパターンの付着量算出にも適用可能となる。

第５の態様は、第４の態様において、付着量算出手段とは、任意の階調面積のディザパターンにおいて、表面状態変化量に階調面積率に応じた値を乗じ、これをトナー像の拡散反射光出力から差し引く。
かかる第５の態様によれば、任意の面積階調のディザパターンであっても精度よくトナー付着量の算出が可能となる。

第６の態様は、複数の感光体１などの像担持体と、複数の像担持体毎に設けられ、複数の像担持体毎に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像装置４などの現像手段と、複数の像担持体上に形成されたトナー像が順次重ねて転写される中間転写ベルト８などの中間転写体と、を有し、カラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第１ないし第５の何れか１つの態様に記載のトナー付着量算出装置を具備し、光学センサが複数の像担持体毎の検知対象面に又は中間転写体の検知対象面に対向して配置されている。
かかる第６の態様によれば、第１ないし第５の何れか１つの態様による効果を画像形成装置において奏することにより、ひいては精度よくカラートナーを含む画像濃度制御を行なうことが可能となる。

第７の態様は、複数の感光体１などの像担持体と、複数の像担持体毎に設けられ、複数の像担持体毎に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像装置４などの現像手段と、複数の像担持体上に形成されたトナー像が記録紙Ｐなどのシート状記録媒体に順次重ねて転写されるようにシート状記録媒体を担持する転写ベルトなどの転写体と、を有し、カラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、第１ないし第５の何れか１つの態様に記載のトナー付着量算出装置を具備し、光学センサが複数の像担持体毎の検知対象面に又は前記転写体の検知対象面に対向して配置されている。
かかる第７の態様によれば、第１ないし第５の何れか１つの態様による効果を画像形成装置において奏することにより、ひいては精度よくカラートナーを含む画像濃度制御を行なうことが可能となる。

以上本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施形態等に記載した技術事項を適宜組み合わせたものであってもよい。
例えば、本発明では図８で示したディザパターンを用いてα２の算出を試みたが、任意のディザパターンに対しても本発明が適用できる。

本発明は、図１に示した４連タンデム型中間転写方式の画像形成装置であるフルカラープリンタでは、光学センサ１０による検知対象面を中間転写体としての中間転写ベルト８としたが、各感光体を検知対象面としてもよい。この場合、光学センサ１０は感光体毎の検知対象面に対向して設けられる。
また、本発明は、４連タンデム型直接転写方式等の画像形成装置にも適用できるし、電子写真方式で画像形成を行なう複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置、或いはこれら少なくとも１つの機能を備えた複合機にも適用できる。更に例示すれば、本発明は、特許文献１の図１、図３３、図３４に図示されているカラー画像を得ることが可能な画像形成装置に適用できる。

本発明の実施の形態に適宜記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１ 感光体（像担持体の一例）
２ 帯電装置
３ 現像ローラ
４ 現像装置（現像手段、トナー像形成手段の一例）
５ トナー濃度センサ
８ 中間転写ベルト（中間転写体、像担持体の一例）
１０ 光学センサ（正反射光・拡散反射光検知型センサの一例）
１２ 二次転写ローラ（二次転写手段、トナー像形成手段の一例）
５０ トナーパターン
５１ トナー付着量算出装置
５２ 制御装置
５３ ＣＰＵ（表面状態変化量算出手段、トナー付着量検知手段、トナー付着量算出手段の一例）
５４ ＲＯＭ
５５ ＲＡＭ
５６ タイマ
Ｐ 記録紙（シート状記録媒体の一例）

特許第４４５６８２８号公報

Claims (7)

1. 像担持体の地肌部と、該像担持体上に連続的に形成された付着量の異なるブラックトナーパターン及びカラートナーパターンと、の正反射光量と拡散反射光量を同時に検知し出力可能な光学センサと、
   前記光学センサによりそれぞれ得られた前記地肌部の拡散反射光出力と、前記ブラックトナーパターンの拡散反射光出力との差分値から前記像担持体の表面状態変化量を算出する表面状態変化量算出手段と、
   前記ブラックトナーパターンと前記カラートナーパターンの各前記正反射光出力、及び前記ブラックトナーパターンと前記カラートナーパターンの各前記拡散反射光出力からトナー付着量を算出するトナー付着量検知手段と、
   前記像担持体の表面状態変化量を、前記各拡散反射光出力から所定の割合だけ差し引くトナー付着量算出手段と、
   を備えるトナー付着量算出装置。
2. 請求項１記載のトナー付着量算出装置において、
   前記トナー付着量算出手段は、前記表面状態変化量が所定の閾値以下であるとき、該表面状態変化量を適用しないことを特徴とするトナー付着量算出装置。
3. 請求項１又は２記載のトナー付着量算出装置において、
   前記ブラックトナーパターンとは、最大濃度あるいはそれに準ずる高画像濃度領域のブラックトナー像であることを特徴とするトナー付着量算出装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１つに記載のトナー付着量算出装置において、
   前記ブラックトナーパターン及びカラートナーパターンに代えて、ディザパターンを用いることを特徴とするトナー付着量算出装置。
5. 請求項４記載のトナー付着量算出装置において、
   前記付着量算出手段とは、任意の階調面積のディザパターンにおいて、前記表面状態変化量に階調面積率に応じた値を乗じ、これをトナー像の拡散反射光出力から差し引くことを特徴とするトナー付着量算出装置。
6. 複数の像担持体と、該複数の像担持体毎に設けられ、該複数の像担持体毎に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像手段と、前記複数の像担持体上に形成されたトナー像が順次重ねて転写される中間転写体と、を有し、カラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
   請求項１ないし５の何れか１つに記載のトナー付着量算出装置を具備し、前記光学センサが前記複数の像担持体毎に又は前記中間転写体に対向して配置されていることを特徴とする画像形成装置。
7. 複数の像担持体と、該複数の像担持体毎に設けられ、該複数の像担持体毎に形成された潜像にトナーを供給してトナー像を現像する現像手段と、前記複数の像担持体上に形成されたトナー像がシート状記録媒体に順次重ねて転写されるように該シート状記録媒体を担持する転写体と、を有し、カラー画像を得ることが可能な画像形成装置において、
   請求項１ないし５の何れか１つに記載のトナー付着量算出装置を具備し、前記光学センサが前記複数の像担持体毎に又は前記転写体に対向して配置されていることを特徴とする画像形成装置。

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